永磁同步电机转子位置复合辨识方法的研究

摘要

永磁同步电动机具有体积小，结构简单，重量轻，损耗小，效率高，运行可靠，控制和维护方便，电机尺寸和形状灵活多样等显著优点；与感应电机相比，转子结构大大简化，提高了电机运行的稳定性。永磁同步电机的矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、宽范围的位置和速度控制，已经广泛应用于工业、农业以及国防等各个领域。
　　本文建立了基于转子磁链定向和id-0控制的面贴式永磁同步电机矢量控制系统，这种方法控制算法简单，不仅能够实现电机定子电流和转子磁通解耦控制，而且能够实现最大转矩/电流比。为了克服安装速度传感器带来的诸多缺陷，本文采用脉振高频信号注入法对电机转子位置进行估测。脉振高频注入法基于电机的固有的或人为的凸极效应，对电机的基波方程和参数没有依赖性，可以有效地估算出包括零速在内的电机转子位置和速度，但该方法需要一直注入谐波信号，多个滤波器的使用会导致转子位置和速度估算滞后，特别是高速时不能及时跟踪系统的动态过程。由于滑模观测器低速性能比较差，本文取长补短，建立了基于转子位置复合辨识的无速度传感器控制系统，即在零速和低速时采用高频信号注入法，以保证转子位置和速度的检测精度；在高速时采用滑模观测器法，以确保快速的动态响应。为了解决滑模观测器由于不连续的Bang-bang控制引起的高频抖动问题，引入了连续的饱和函数来代替不连续的开关函数。
　　最后，对两种方法进行基于Matlab/Simulink的建模仿真，并比较了两种方法的优缺点。仿真和实验验证了转子位置复合辨识方法可以适用于包括零速在内的全速范围内，两种方法可以平滑地、无波动地进行切换，谐波量小，鲁棒性强，转矩脉动小，动态性能良好。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.1.1 电力电子功率器件的发展

1.1.2 永磁同步电机的特点和应用现状

1.2 永磁同步电机控制策略

1.3 无速度传感器控制技术的发展现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 面贴式永磁同步电机矢量控制

2.1 面贴式永磁同步电机数学模型

2.1.1 d-q坐标系下永磁同步电机模型

2.1.2 永磁同步电机数学模型在d-q坐标系下的等效电路

2.2 面贴式永磁同步电机矢量控制

2.3 本章小结

第3章 基于高频注入的无速度传感器控制方法

3.1 脉振高频电压信号注入法

3.1.1 面贴式永磁同步电机的高频模型

3.1.2 面贴式永磁同步电机饱和凸极效应

3.1.3 脉振高频电压信号注入法控制原理

3.1.4 转子d轴正方向判断

3.2 脉振高频电压信号注入法仿真研究

3.3 本章小结

第4章 转子位置复合辨识方法

4.1 滑模观测器简介

4.2 滑模观测器法

4.3 转子位置复合辨识方法仿真

4.4 两种无速度传感器控制方法比较

4.5 本章小结

第5章 实验系统的设计与实现

5.1 系统硬件平台搭建

5.1.1 系统硬件结构图

5.1.2 实验系统硬件设计

5.1.3 实验系统硬件平台

5.2 系统软件设计

5.2.1 系统初始化程序设计

5.2.2 控制系统程序设计

5.3 实验结果

5.4 本章小结

结 论

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间参加的科研项目

致 谢